Закон Шарля:
при V = const ; p/T = const;
=> p1/T1 = p2/T2: p1*T2 = p2*T1; р2/р1 = Т2/Т1
T = t +273K
T1 = 15 + 273K = 288 K; T2 = 300 + 273 = 573
р2/р1 = 573/288 = 1,98958…; р2/р1 = 2 (раза)
увеличится в 2 раза
P = A/t = Fx/t = Fv => v = P/F = 3000/250 = 12 м в сек = 43,2 км в час
1)
Запишем законы:
сохранения испульса ЗСИ,
сохранения энергии ЗСЭ
и сохранения момента импульса ЗСМИ :
mvo = mv + MV – ЗСИ, где vo, v и V – начальная скорость шарика и конечные скорости шарика и центра масс стержня;
mvo²/2 = mv²/2 + MV²/2 + Jω²/2 – ЗСЭ, где ω – угловая скорость вращения стержня с моментом инерции J = ML²/12 ;
mrvo = mrv + Jω – ЗСМИ , где r – расстояние от середины стержня до точки удара;
Из споставления ЗСМИ и ЗСМ:
MV = Jω/r ;
M²V² = J²ω²/r² ;
MV² = J²ω²/[Mr²] ;
Тогда можно переписать ЗСЭ и ЗСМИ так:
m ( vo² – v² ) = Jω² ( 1 + J/[Mr²] ) ; ЗСЭ *
m ( vo – v ) = Jω/r ; ЗСМИ *
Разделим:
vo + v = ωr ( 1 + J/[Mr²] ) ; || * m
Сложим с ЗСМИ * :
2mvo = mωr ( 1 + J/[Mr²] ) + Jω/r = ω ( mr ( 1 + J/[Mr²] ) + J/r ) =
= ω ( mr + ( 1 + m/M )J/r ) = ω ( mr + (M+m)L²/[12r] ) ;
ω(r) = 2vo/[ r + (1+M/m)L²/(12r) ] ;
Найдём экстремум ω(r) , решив уравнение: dω/dr = 0 ;
dω/dr = 2vo ( (1+M/m)L²/[12r²] – 1 ) / ( r + (1+M/m)L²/[12r] )² = 0 ;
Ясно, что при r² < (1+M/m)L²/12 : ω(r) – растёт, а затем – падает.
Итак: r(ωmax) = L/2 √[(1+M/m)/3] ) ;
Что верно пока соотношения масс M ≤ 2m, и если M=2m то r(ωmax) = L/2,
т.е. шарик при таком соотношени должен попасть в конец стержня.
Если же M > 2m, то, пскольку r не может быть больше L/2, то
значит, r(ωmax) = L/2 ;
ОТВЕТ:
Если M ≤ 2m, то r(ωmax) = L/2 √[(1+M/m)/3] ) ;
Если M ≥ 2m, то r(ωmax) = L/2 ;
2)
Из полученного импульса p легко найти скорость центра масс:
p = mv;
v = p/m ;
Уравнение движения центра масс S(t) = vt = [p/m] t ; [1]
Стержень получает момент импульса относительно центар масс – pL/2, откуда легко найти угловую скорость ω :
pL/2 = Jω – где J = mL²/12 – момент инерции стержня относительно центра масс ;
ω = pL/[2J] = 6p/[mL] ;
Уравнение вращения φ(t) = ωt = [6p/mL] t ; [2]
Делим [1] на [2] и получаем:
S(t)/φ(t) = [p/m]/[6p/mL] = L/6 ;
S(φ) = Lφ/6 ;
При полном обороте φ = 2π ;
S(2π) = πL/3 ;
ОТВЕТ: S(2π) = [π/3] L .
Если внешнее давление на поршень уравновешивает внутреннее давление, то процесс нагревания - изохорный:
1) Формула теплоты при изохорном расширении:
Q = v*Cv*dT;
Cv = i*R/2, dT = T2 - T1; (i - степень свободы - для одноатомного газа равна 3)
2) Заменяя значение T на T=a*p^2, можно получить:
Q = v*i*R(T2 - T1)/2 = v*i*R(a*p2^2 - a*p1^2)/2 = v*i*R*a(p2^2 - p1^2)/2 = 1,5*v*R*a (p2^2 - p1^2).
<span>Правда, не знаю, как получить ответ не с 1,5, а с 2.</span>
С2345=4*0,7=2,8
1/С0=1/С1+1/С2345+1/С6=1/0,7+1/2,8+1/0,7=3,21
С0=1/3,21=0,31
<em><u>Ответ: 0,31</u></em>